Powstawanie związków międzymetalicz­nych

Wiele metali tworzy między sobą związki o charak­terze metalicznym
(np. Al₂Cu) lub z niemetalami (np. Fe₃C). Związek międzymetaliczny A_mB_n nie krystalizuje w strukturze sieci któregoś ze swoich składników, lecz ma sieć własną, strukturę typową dla związku, w której atomy obu składników A i B są wbudowane w odpowiednim związkowi stosunku m : n (oznaczamy Z). I tak np. w związku
Al₂Cu stosunek Al do Cu równa się 2:1.

Powszechnie przyjęte w chemii przedstawianie mo­lekuł nie odnosi się do związków międzymetalicznych ze względu na ich wiązania metaliczne.

Powstawanie związku międzymetalicznego trwałego do linii likwidusu. Krzywa chłodzenia związku
A_m B_n, A_I — krysz­tały pierwotne składnika A, B — kryształy pierwotne skład­nika B, Z — kryształy związku chemicznego A_m B_n, Z_I — krysz­tały pierwotne związku chemicznego Am B_n

Krzepnięcie i topnienie związku międzymetalicznego.

Stop Z krzepnie (po osiągnięciu maksimum) w stałej temperaturze pod postacią kryształów Z. Krzepnie więc jak czysty pierwiastek i krzywa chłodzenia ma tylko jeden przystanek temperatury. Podczas ogrze­wania stop Z jest w stanie stałym aż do chwili po­czątku topnienia w punkcie maksimum przy stałej temperaturze. Zawiera wówczas w stanie ciekłym nie molekuły Z, lecz pierwiastki A i B rozpuszczone w sobie w stosunku atomowym m:n. Mówimy, że związek międzymetaliczny jest trwały poniżej linii likwidusu. Przedstawiony na rys. 19 wykres równowagi faz można rozpatrywać ogólnie jako dwa leżące obok siebie wykresy i odpowiednio odczytywać procesy zachodzące przy chłodzeniu wszystkich innych sto­pów.
W układzie z ograniczoną rozpuszczalnością np. składnika B w składniku A, stop L w tempera­turze pokojowej składa się z kryształów α i kryształów Z.
Przy ogrzewaniu kryształy α bogacą się w składnik B czerpiąc go od Z tak, że po osiągnięciu jedno­rodnego pola, stop składa się tylko z kryształów α. Należy bronić się przed błędnym poglądem, że przy rozpuszczaniu kryształów Z, molekuły Z są wbudowywane do kryształów α jako składowe części sieci. W rzeczywistości istnieje sieć A z wbudowanymi w nią atomami B. Jakiekolwiek składniki o składzie A_mB_n nie istnieją.

Roztwory stałe pierwiastków w związku międzymetalicznym.

W sieciach niektórych związków atomy jednego pierwiastka można zastąpić atomami innego pier­wiastka. Sieć związku zachowuje swą charaktery­styczną budowę, ale nie mamy już do czynienia ze związkiem o stałym stosunku m : n, lecz z kryształem roztworu stałego pierwiastka w związku między­metalicznym y. Ten przypadek przedstawia rys. 20. Również ten wykres można rozważać jako dwa leżące obok siebie układy. Stop o składzie Z ma tylko jeden przystanek na krzywej chłodzenia. Pozostałe zjawiska są identyczne jak w poprzednio rozpatry­wanych wykresach równowagi faz.

Powstawanie związku międzymetalicznego trwałego do linii likwidusu
z ograniczoną rozpuszczalnością związku oraz obu składników w stanie stałym: na lewo opis strukturalny na prawo opis faz; Z — związek chemiczny składników
A i B, α_I — roztwór stały pierwotny składnika B w A, α_II — roztwór stały wtórny składnika B w A, γ_I — roztwór stały pierwotny skła­dników A i B w Z,
γ_II — roztwór stały wtórny składnika A i B w Z, ft — roztwór stały składnika
A w B

Istnieją połączenia międzymetaliczne, które podczas ogrzewania nie utrzymują się do właściwej dla nich temperatury topnienia, lecz rozpadają się poniżej niej na ciecz i jakiś rodzaj kryształów, przy czym obie fazy ilościowo razem wzięte dają ten związek. Mówimy, że związek międzymetaliczny jest trwały poniżej linii solidusu.

Powstawanie związku trwałego do linii solidusu, A_I - kryształy pierwotne składnika A, B_I — kryształy pierwotne składnika B, Z - związek chemiczny składników
A i B

Porównanie z omawianymi wcześniej wykresami rów­nowagi faz wykazuje, że razem ze związkiem między­metalicznym, trwałym poniżej linii solidusu, wystę­puje zawsze przemiana perytektyczna (twierdzenie odwrotne nie jest słuszne!).

Jako przykład zostanie rozpatrzony stop L podczas chłodzenia. Po przekroczeniu punktu a zaczynają rosnąć w cieczy kryształy pierwotne B.

Powstawanie związku, trwałego do linii solidusu krzywe chłodzenia

Po osiągnięciu linii perytektyki stop L składa się w 25% z kryształów pierwotnych B i w 75% z reszty cieczy o składzie b. Przy stałej temperaturze zamieniają się obecnie wszystkie kryształy pierwotne B z częścią cieczy w kryształy Z. Przy przekroczeniu (w dół) linii perytektyki stop L składa się w 50% z kryształów Z i w 50% z cieczy o składzie b. Ze spadkiem temperatury wydzielają się z reszty cieczy

dalsze kryształy, przy czym skład cieczy zmienia się wg krzywej b—c.
Po osiągnięciu linii eutektyki stop składa się w 75% z kryształów Z i w 25 z reszty cieczy o składzie punktu c, która obecnie krzepnie jako eutektyka, składająca się z kryształów A i Z.

Idealna i rzeczywista przemiana perytektyczna.

Stop Z (rysunek powyżej) składa się, po osiągnięciu lini perytektyki, w 50%
z kryształów pierwotnych i w 50% z reszty cieczy o składzie b. Obie fazy muszą się całkowicie przemienić w stałej temperaturze kryształy Z. Jednak reakcja perytektyczna jest tak utrudniona przez kryształy Z, które jako otoczki rosną dookoła kryształów pierwotnych B, że nawet przy bardzo powolnym chłodzeniu ich rdzenie ziaren zbudowane są z kryształów B.

Schematyczne obrazy zgładów związku Z. Z prawej strony przypadek rzeczywisty, z lewej idealny (równowaga)

Również odpowiadająca część reszty cieczy o składzie której nie udało się dotrzeć do partnera reakcji (kryształów B), pozostaje ciekła i krzepnie dopiero
przy obniżaniu temperatury przez wydzielanie następnych kryształów Z, ubożejąc przy tym (wzdłuż linii b—c) w składnik B i krzepnie w końcu pod postacią eutektyki o składzie punktu c. Również związki międzymetaliczne trwałe poniżej

linii likwidusu, wykazują często ograniczoną rozpuszczalność dla składników układu (rysunek poniżej).

Powstawanie związku trwałego do linii solidusu i ograniczonej rozpuszczalności związku i obu składników w stanie stałym. Schematyczne krzywe chłodzenia

Różnica między związkiem międzymetalicznym a perytektyką.

Różnica między tym układem, a rozpatrywaną uprzednio przemianą perytektyczną jest następująca: w prze­mianie perytektycznej bez występowania związku międzymetalicznego roztwór stały ma sieć opartą na sieci jednego ze składników, natomiast związek międzymetaliczny, trwały poniżej linii solidusu, two­rzy kryształy oparte na sieci własnej związku między­metalicznego.

---